Question

【題目】研究表明，在CuZnO催化劑存在下，CO2和H2可發(fā)生兩個(gè)平行反應(yīng)，分別生成CH3OH和CO，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下： CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H1 平衡常數(shù)K1 反應(yīng)Ⅰ
CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H2=+41.2kJmol﹣8平衡常數(shù)K2 反應(yīng)Ⅱ
某實(shí)驗(yàn)室控制CO2和H2初始投料比為1：2.2，在相同壓強(qiáng)下，經(jīng)過(guò)相同反應(yīng)時(shí)間測(cè)得如表實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

T（K）	催化劑	CO2轉(zhuǎn)化率（%）	甲醇選擇性（%）
543	Cat.1	12.3	42.3
543	Cat.2	10.9	72.7
553	Cat.1	15.3	39.1
553	Cat.2	12.0	71.6

[備注]Cat.1：Cu/ZnO納米棒；Cat.2：Cu/ZnO納米片；甲醇選擇性；轉(zhuǎn)化的CO2中生成甲醇的百分比
（1）合成的甲醇可用于燃料電池的燃料，若電解質(zhì)為稀燒堿溶液時(shí)甲醇燃料電池的正極反應(yīng)式為；研究證實(shí)，CO2也可在酸性水溶液中通過(guò)電解生成甲醇，則生成甲醇的反應(yīng)發(fā)生在極，該電極反應(yīng)式是 ．
（2）從表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以分析出，提高CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性的方法有 ．
（3）反應(yīng)CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）的平衡常數(shù)K3=（用K1和K2表示）．
（4）在恒壓密閉容器中，由CO2和H2進(jìn)行反應(yīng)I合成甲醇，在其它條件不變的情況下，探究溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖． ①△H10（填“＞”、“＜”或“=”）
②有利于提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率的措施有（填標(biāo)號(hào)）．
A．降低反應(yīng)溫度
B．投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度
C．增大CO2和H2的初始投料比
D．混合氣體中摻入一定量惰性氣體（不參與反應(yīng)）
（5）在T1溫度時(shí)，將1.00molCO2和3.00molH2充入體積為1.00L的恒容密閉容器中，容器起始?jí)簭?qiáng)為P0 ， 僅進(jìn)行反應(yīng)I． ①充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO2轉(zhuǎn)化率為a，則容器的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為（用a表示）．
②若經(jīng)過(guò)3h反應(yīng)達(dá)到平衡，平衡后，混合氣體物質(zhì)的量為3.00mol，則該過(guò)程中H2的平均反應(yīng)速率為（保留三位有效數(shù)字）；該溫度下反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K為（保留三位有效數(shù)字）；平衡常數(shù)K可用反應(yīng)體系中氣體物質(zhì)分壓表示，即K表達(dá)式中用平衡分壓代替平衡濃度，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)．寫(xiě)出上述反應(yīng)壓力平衡常數(shù)KP為（用P0表示，并化簡(jiǎn)）．

Answer 1

【答案】
（1）O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣；陰；CO2+6e﹣+6H+=CH3OH+H2O
（2）使用Cat2催化劑（或理想催化劑）；溫度為543K（或降低溫度）
（3）
（4）＜；A
（5）；0.5mol?L﹣1?h﹣1；0.148（L?mol﹣1）2；
【解析】解：（1）正極是氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，正極反應(yīng)式為O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣；研究證實(shí)，CO2也可在酸性水溶液中通過(guò)電解生成甲醇，碳的化合降低發(fā)生還原反應(yīng)，所以生成甲醇的反應(yīng)發(fā)生在陰極，該電極反應(yīng)式是CO2+6e﹣+6H+=CH3OH+H2O，所以答案是：O2+4e﹣+2H2O=4OH﹣；陰； CO2+6e﹣+6H+=CH3OH+H2O；（2）圖中T2＞T1 ， 溫度越高水蒸氣的含量越少，平衡逆向移動(dòng)，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，由圖可知提高CO2轉(zhuǎn)化成CH3OH的選擇性，應(yīng)使平衡向正向移動(dòng)，可降低溫度，在Cat.2催化劑的條件下選擇性最高，所以答案是：使用Cat2催化劑（或理想催化劑）；溫度為543K（或降低溫度）；（3）由CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H1 平衡常數(shù)K1 反應(yīng)Ⅰ； CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H2=+41.2kJmol﹣8平衡常數(shù)K2 反應(yīng)Ⅱ；
所以根據(jù)蓋斯定律CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H3=△H1﹣△H2 ， K3= ，所以答案是： ；（4）①圖中T2＞T1 ， 溫度越高水蒸氣的含量越少，平衡逆向移動(dòng)，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以△H1＜0，所以答案是：＜；
②A．降低反應(yīng)溫度，平衡正向移動(dòng)，CO2平衡轉(zhuǎn)化率增大，故正確；
B．在恒壓密閉容器中，投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度，CO2平衡轉(zhuǎn)化率不變，故錯(cuò)誤；
C．增大CO2和H2的初始投料比，二氧化碳轉(zhuǎn)化率降低，而氫的轉(zhuǎn)化率增大，故錯(cuò)誤；
D．混合氣體中摻入一定量惰性氣體，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，二氧化碳轉(zhuǎn)化率降低，故錯(cuò)誤；
故選A；（5）

	CO2（g）+	3H2（g）	CH3OH（g）+	H2O（g）
c（初）	1	3	0	0
c（變）	a	3a	a	a
c（平）	1-a	3-3a	a	a

所以 ，則 = ，所以答案是： ；②平衡后，混合氣體物質(zhì)的量為3.00mol，則反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為1.5mol，v= = =0.5molL﹣1h﹣1；

	CO2（g）+	3H2（g）	CH3OH（g）+	H2O（g）
c（初）	1	3	0	0
c（變）	0.5	1.5	0.5	0.5
c（平）	0.5	1.5	0.5	0.5

所以K= =0.148（Lmol﹣1）2；因?yàn)椋? = ，所以P=0.75P0 ， Kp= = = ，所以答案是：0.5molL﹣1h﹣1；0.148（Lmol﹣1）2； ．
【考點(diǎn)精析】通過(guò)靈活運(yùn)用反應(yīng)熱和焓變和化學(xué)平衡狀態(tài)本質(zhì)及特征，掌握在化學(xué)反應(yīng)中放出或吸收的熱量，通常叫反應(yīng)熱；化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動(dòng)”即是動(dòng)態(tài)平衡，平衡時(shí)反應(yīng)仍在進(jìn)行；“定”即反應(yīng)混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學(xué)平衡；與途徑無(wú)關(guān)，外界條件不變，可逆反應(yīng)無(wú)論是從正反應(yīng)開(kāi)始，還是從逆反應(yīng)開(kāi)始，都可建立同一平衡狀態(tài)（等效）即可以解答此題．